CN103305653A - 富锰渣电炉荒煤气回收利用系统及荒煤气回收工艺 - Google Patents

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贾宝志
张晖
王利民
郑成亮
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Abstract

本发明属于铁合金生产技术领域；本发明克服了现有技术存在的不足，提供了一种使用便利、安全的富锰渣电炉荒煤气回收利用系统以及利用该系统回收煤气的工艺；本发明采用的技术方案为：富锰渣电炉的烟气排气口与第一冷却器的进气口通过水冷烟管连通，所述水冷烟管的冷却装置设置在水冷烟管的外壁上，第一冷却器的出气口与漏斗状的水冷旋风器的烟气进口通过煤气管道连通，所述水冷旋风器的底部设置有集灰装置，所述水冷旋风器的顶部设置有烟气出口，所述烟气出口与第二冷却器的进气口通过煤气管道连通，煤气加压风机将从第二冷却器出气口排出来的烟气通过管路吹送到回转窑内，并利用上述系统回收煤气；本发明主要用于铁合金生产上。

Description

富锰渣电炉荒煤气回收利用系统及荒煤气回收工艺
技术领域
本发明富锰渣电炉荒煤气回收利用系统及荒煤气回收工艺，属于铁合金生产技术领域。
背景技术
使用碳质还原剂的铁合金电炉在生产过程中产生大量的一氧化碳气体，对于封闭电炉就形成了电炉煤气。由于铁合金生产中配入大量的矿石、熔剂和还原剂，在煤气中含有大量的粉尘和微量的焦油。此含尘煤气通常称之为荒煤气。通常电炉煤气需要经过净化处理才能使用。铁合金厂家的煤气净化的工艺是采用二塔一文一旋湿法除尘（湿法除尘器）。电炉煤气经过水冷夹壁集尘箱，利用重力沉降原理，把煤气中粒度100微米以上的大颗粒的烟尘沉降到集尘箱中，煤气冷却降温后，经过人字管进入二段文丘里管进行精细净化除尘。把煤气中粒度100微米以下的残余尘粒与水形成含尘水滴，经过多级脱水塔分离出来。由安全隔断水封、逆止水封和萝茨风机及防爆防回火装置管道,送至用户。含尘污水进入沉降池。此工艺消耗大量水，而最大问题是污水处理。焦油的主要元素为苯、酚、氰化物等物质，在循环使用的洗涤水中逐渐富集。含有苯、酚、氰化物等有害物质的污水的处理是至今未解决的难题。
现有未经除尘处理的电炉煤气含尘浓度在200～400g/m3,经重力除尘的电炉煤气含尘浓度仍然可达到100g/m3。电炉冶炼富锰渣，副产品为高碳锰铁，产生的锰尘成分见表1，锰尘粒度分布见表2，表3为富锰渣电炉煤气成分。
表1锰尘成分%
Mn SiO2 Fe2O3 CaO MgO Al2O3 C S P
32.19 17.9 5.42 11.25 3.09 5.68 10.52 1.31 0.06
表2锰尘粒度分布
d>20μm 20μm>d>10μm 10μm>d>7μm 7μm>d>5μm 5μm>d>3μm d<3μm
10% 18.20% 10.60% 8.20% 8.20% 44.70%
表3电炉煤气成分%
CO H2 C02 CH4 N2 O2 焦油 发热值
65～45 5～7 15～35 0～5 5～10 0.5～1 微量 5000kJ/m3
由表1看出，锰尘的含锰量较高，应回收利用。表2显示锰尘的粒度极细，在输送过程中极易粘附管壁造成堵塞。表3看出煤气回收利用是可以节约大量能源。现有煤气回收系统的技术难点为:
（1）电炉负荷根据生产情况在上下波动，所以烟气量也大小不一，设计要适应这种条件。
（2）电炉在操作时有时炉况恶化，电极短,高温区上移。使炉气温度变高，所以系统要适应这种情况。
（3）黏性粉尘极易堵塞管道，如果气体流速及管道角度设计不合理，粉尘将会逐渐堵塞管道或者粘接并导致系统不能正常运行。
（4）系统设备长期处于高温粉尘的恶劣环境下连续工作，输送介质为易燃易爆气体，所以对设备的防爆性能、密封性能要求高，对设备的可靠性要求高。
（5）电炉荒煤气中有一定量的焦油成份，温度过低焦油会沉积在设备和管道壁，影响设备的正常运行并堵塞管道。所以整个系统炉气温度控制不能过高也不能过低。
（6）气体为有毒有害、易燃易爆，所以对安全控制系统及故障报警系统要求严格，在线检测及自动控制要可靠。
（7）系统粉尘极细，黏性较大，对系统的输送压力和流量都有严格的要求。
（8）经过重力冷却除尘下来的粉尘排泄较难，又因为泄灰过程中不能造成易爆煤气与空气接触，所以必须有一套可行的密封泄灰装置。
发明内容
本发明克服了现有技术存在的不足，提供了一种使用便利、安全的富锰渣电炉荒煤气回收利用系统以及利用该系统回收煤气的工艺。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：富锰渣电炉荒煤气回收利用系统，富锰渣电炉、水冷烟管、第一冷却器、水冷旋风器、第二冷却器、煤气加压风机和回转窑，富锰渣电炉的烟气排气口与第一冷却器的进气口通过水冷烟管连通，所述水冷烟管的冷却装置设置在水冷烟管的外壁上，第一冷却器的出气口与漏斗状的水冷旋风器的烟气进口通过煤气管道连通，所述水冷旋风器的底部设置有集灰装置，所述水冷旋风器的顶部设置有烟气出口，所述烟气出口与第二冷却器的进气口通过煤气管道连通，煤气加压风机将从第二冷却器出气口排出来的烟气通过管路吹送到回转窑内。
连接所述煤气加压风机与回转窑的管路上依次设置有自燃装置和用于测量煤气浓度的低压报警器，所述自然装置由调压阀门和自动点火器组成，低压报警器控制自然装置的开启。
所述集灰装置的结构为：水冷旋风器的底部设置有由多个管依次连接而成的落灰管，落灰管上设置有窥视孔和泄灰阀，落回管的底部设置有集灰箱。
所述煤气加压风机为变频风机，所述变频风机的频率根据设置在富锰渣电炉上的气压表读数的变化而变。
所述第二冷却器将烟气的温度冷却至150℃～250℃之间。
所述集灰装置上设置有防止CO泄露的氮气保护装置。
所述富锰渣电炉与第一冷却器之间的管路上设置有用于在线分析荒煤气中氧含量和氢含量的煤气在线分析仪，所述煤气在线分析仪当分析到荒煤气中氧含量为1.5%时发出警报，当分析到荒煤气中氧含量大于2%时或当分析到荒煤气中氢含量达到8%时控制设备停车。
所述水冷烟管的烟气出口管上设置有温度测量仪表，所述温度测量仪表通过传感器控制冷却装置。
富锰渣电炉荒煤气回收利用系统的回收荒煤气工艺，按以下步骤执行：
第一步：将富锰渣电炉排出的荒煤气，经水冷烟管降温处理后，通入第一冷却器进一步降温；
第二步：将所述第一步中第一冷却器降温后的荒煤气通入水冷旋风器；
第三步：通入所述第二步水冷旋风器中的荒煤气，首先依靠重力除尘，将荒煤气中粒度100微米以上的大颗粒烟尘沉降到集尘箱中，再将水冷旋风器中除尘后的荒煤气通入到第二冷却器中；
第四步：第二冷却器将通入其内的荒煤气冷却至150℃～250℃之间，从工艺上杜绝了温度过低析出焦油或温度过高烧坏设备。
第五步：从第二冷却器出来的荒煤气由变频控制的煤气加压风机直接引入回转窑使用。
从所述富锰渣电炉排出的烟气温度为300℃～600℃。
本发明与现有技术相比具有的有益效果是：本发明利用第一冷却器、水冷旋风器、第二冷却器冷却，然后经煤气加压风机送至回转窑利用，不经湿法除尘，未净化处理直接安全使用。同时回收了锰元素，减少环境污染，有效地回收利用了电炉荒煤气，系统输送易燃易爆的荒煤气，其安全保护系统可靠，整个系统的压力、温度、系统自动充氮防护、系统的顺序启动、顺序停车、气体成份的在线检测、设备运行状态以及报警系统均由计算机自动控制完成。利用本发明回收电炉煤气可以有显著的工厂效益和社会效益，9000kVA和18000kVA二台电炉全年可以回收煤气2500万立方米，可以回收锰尘2500吨，节约动力电209万度，节约洗涤水量1万立方米。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
图1为本发明的结构示意图；
图中，1为富锰渣电炉、2为水冷烟管、3为第一冷却器、4为水冷旋风器、5为第二冷却器、6为煤气加压风机、7为回转窑、8为低压报警器、9为调压阀门、10为自动点火器、11为落灰管、12为集灰箱、13为煤气在线分析仪。
具体实施方式
如图1所示，本发明富锰渣电炉荒煤气回收利用系统，富锰渣电炉1、水冷烟管2、第一冷却器3、水冷旋风器4、第二冷却器5、煤气加压风机6和回转窑7，富锰渣电炉1的烟气排气口与第一冷却器3的进气口通过水冷烟管2连通，所述水冷烟管2的冷却装置设置在水冷烟管2的外壁上，第一冷却器3的出气口与漏斗状的水冷旋风器4的烟气进口通过煤气管道连通，所述水冷旋风器4的底部设置有集灰装置，所述水冷旋风器4的顶部设置有烟气出口，所述烟气出口与第二冷却器5的进气口通过煤气管道连通，煤气加压风机6将从第二冷却器5出气口排出来的烟气通过管路吹送到回转窑7内。
连接所述煤气加压风机6与回转窑7的管路上依次设置有自燃装置和用于测量煤气浓度的低压报警器8，所述自然装置由调压阀门9和自动点火器10组成，低压报警器8控制自然装置的开启。
所述集灰装置的结构为：水冷旋风器4的底部设置有由多个管依次连接而成的落灰管11，落灰管11上设置有窥视孔和泄灰阀，落回管11的底部设置有集灰箱12。
所述煤气加压风机6为变频风机，所述变频风机的频率根据设置在富锰渣电炉1上的气压表读数的变化而变。
所述第二冷却器5将烟气的温度冷却至150℃～250℃之间。
所述集灰装置上设置有防止CO泄露的氮气保护装置。
所述富锰渣电炉1与第一冷却器3之间的管路上设置有用于在线分析荒煤气中氧含量和氢含量的煤气在线分析仪13，所述煤气在线分析仪13当分析到荒煤气中氧含量为1.5%时发出警报，当分析到荒煤气中氧含量大于2%时或当分析到荒煤气中氢含量达到8%时控制设备停车。
所述水冷烟管2的烟气出口管上设置有温度测量仪表，所述温度测量仪表通过传感器控制冷却装置。
本发明富锰渣电炉荒煤气回收利用系统的回收荒煤气工艺，按以下步骤执行：
第一步：将富锰渣电炉1排出的荒煤气，经水冷烟管2降温处理后，通入第一冷却器3进一步降温；
第二步：将所述第一步中第一冷却器3降温后的荒煤气通入水冷旋风器4；
第三步：通入所述第二步水冷旋风器4中的荒煤气，首先依靠重力除尘，将荒煤气中粒度100微米以上的大颗粒烟尘沉降到集尘箱12中，再将水冷旋风器4中除尘后的荒煤气通入到第二冷却器5中；
第四步：第二冷却器5将通入其内的荒煤气冷却至150℃～250℃之间，从工艺上杜绝了温度过低析出焦油或温度过高烧坏设备。
第五步：从第二冷却器5出来的荒煤气由变频控制的煤气加压风机6直接引入回转窑7使用。
从所述富锰渣电炉1排出的烟气温度为300℃～600℃。
富锰渣电炉1产生的荒煤气在300℃～600℃范围内，经水冷烟管2降温处理后，通过第一冷却器3进一步降温，然后通入水冷旋风器4中，由水冷旋风器4重力除尘，将荒煤气中粒度100微米以上的大颗粒的烟尘沉降到集灰箱12中，水冷旋风器4还可扑集从电炉粉尘带来的火星。水冷旋风器4下的集灰装置结构为：在水冷旋风器4的底部设置有落灰管11，落灰管11上设置有窥视孔和泄灰阀，落灰管11的底部设置有集灰箱，泄灰系统由氮气保护。水冷旋风器4出来的荒煤气进入第二冷却器5，第二冷却器5将荒煤气冷却至150℃～250℃之间，从工艺上杜绝了温度过低析出焦油或温度过高烧坏设备。由第二冷却器5出来的荒煤气由变频控制的煤气加压风机6直接引入回转窑7使用。变频风机的频率根据设置在为富锰渣电炉1上的气压表读数控制。正常炉内压力为-30～30Pa。大多为2Pa，微正压。当压力大时增大频率，反之减少频率。为避免煤气回火，在管道末端设置安全阀门，正常系统压力在4000～7000Pa，随着炉况波动系统压力变化，当系统压力小于1500Pa时，煤气输送系统自动关闭。当系统压力过大时，提示管道内集灰较多，需要系统清灰处理。煤气输送系统设置有自燃装置和用于测量煤气的低压报警器8。自燃装置由调压阀门9和自动点火器10组成，低压报警器8控制自燃装置的开启。电炉烟气出口管上设置有温度测量仪表，温度测量仪表通过传感器控制冷却装置，使进入到水冷旋风器4煤气温度在250℃以下。荒煤气在线分析仪13随时分析荒煤气的成分,包括:CO、CO2、O2、H2、H2O等成分，当荒煤气的氧含量为1.5%时设备报警，当氧含量大于2%时设备停车。当分析荒煤气的氢含量达到8%时设备停车。在电炉开炉生产时的烘炉期或电炉出现电极等事故时，电炉不能封闭期间，电炉烟气可以直接排放和放散。为防止CO泄露，各设备均有氮气保护装置。
本发明与传统直排式烟气装置和布袋除尘器配合使用，一旦本发明出现故障，可转至传统的直排式烟气装置或进入布袋除尘器，避免事故反生。
本发明中荒煤气输送系统能适应电炉高、低不同负荷下运行，在炉气量波动的情况下将系统压力、温度等参数控制在规定范围之内，荒煤气回收系统能适应富锰渣电炉不同炉况下运行，在电极位置高或低的情况下系统都能正常运行，能够严格将系统压力、温度等参数控制在规定范围之内。系统温度衡定，管道设计合理，避免了焦油析出与黏性粉尘堵塞管道。系统安全性好，采用安全压力输送，电气设备、机械设备、照明等均采用防爆设计，对炉气中“O2”、“H2”等含量进行仪表监测，全系统采用计算机监控，如有异常自动报警或切断气路停止运行。系统自动化程度高，中间环节无需人力资源。系统过滤下的粉尘集中密闭输送处理，避免二次扬尘和污染。彻底解决富锰渣电炉荒煤气的回收和利用，解决炉气污染问题，经济效益明显。
本发明利用简便、安全的电炉荒煤气输送系统，不经湿法除尘，未净化处理直接安全使用。回收了锰元素，减少环境污染，有效地回收利用了电炉荒煤气。系统输送易燃易爆的荒煤气，其安全保护系统可靠。整个系统的压力、温度、系统自动充氮防护、系统的顺序启动、顺序停车、气体成份的在线检测、设备运行状态以及报警系统均由计算机自动控制完成。利用本发明回收电炉煤气可以有显著的工厂效益和社会效益。9000kVA和18000kVA二台电炉全年可以回收煤气2500万立方米，可以回收锰尘2500吨，节约动力电209万度，由于可循环利用补充水，故节约洗涤水量1万立方米。
18000KVA富锰渣、高碳锰铁电炉生产实例：
（1）项目基本参数：
电炉容量   18000KVA
冶炼品种   富锰渣/高碳锰铁
电炉形式   全封闭电炉
电炉煤气产生量：3000Nm3/h
煤气温度:400℃～600℃
含尘浓度：200g/Nm3
煤气成分：
CO H2 C02 CH4 N2 O2 焦油 发热值
65～45 5～7 15～35 0～5 5～10 0.5～1 微量 5000kJ/m3
炉膛压力：-30～30Pa
系统煤气压力：4000～7000Pa,＞1500Pa
系统温度：150～250℃
(2)荒煤气回收利用效益：
连续十五个月使用共回收煤气462万立方米，节约标准煤960吨。回收锰尘543吨。节约动力电153万度。
与传统煤气净化工艺相比可大量节约煤气洗涤用水量。9000kVA电炉消耗煤气洗涤循环水量约为50t/h，18000kVA电炉消耗煤气洗涤水量约为100t/h。由于不用水洗涤煤气，污水处理的难题也不存在了，做到零排放，减少因排放带来的环境污染。
上面结合附图对本发明的实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.富锰渣电炉荒煤气回收利用系统，其特征在于：富锰渣电炉（1）、水冷烟管（2）、第一冷却器（3）、水冷旋风器（4）、第二冷却器（5）、煤气加压风机（6）和回转窑（7），富锰渣电炉（1）的烟气排气口与第一冷却器（3）的进气口通过水冷烟管（2）连通，所述水冷烟管（2）的冷却装置设置在水冷烟管（2）的外壁上，第一冷却器（3）的出气口与漏斗状的水冷旋风器（4）的烟气进口通过煤气管道连通，所述水冷旋风器（4）的底部设置有集灰装置，所述水冷旋风器（4）的顶部设置有烟气出口，所述烟气出口与第二冷却器（5）的进气口通过煤气管道连通，煤气加压风机（6）将从第二冷却器（5）出气口排出来的烟气通过管路吹送到回转窑（7）内。
2.根据权利要求1或2所述的富锰渣电炉荒煤气回收利用系统，其特征在于，连接所述煤气加压风机（6）与回转窑（7）的管路上依次设置有自燃装置和用于测量煤气浓度的低压报警器（8），所述自然装置由调压阀门（9）和自动点火器（10）组成，低压报警器（8）控制自然装置的开启。
3.根据权利要求2所述的富锰渣电炉荒煤气回收利用系统，其特征在于，所述集灰装置的结构为：水冷旋风器（4）的底部设置有由多个管依次连接而成的落灰管（11），落灰管（11）上设置有窥视孔和泄灰阀，落回管（11）的底部设置有集灰箱（12）。
4.根据权利要求3所述的富锰渣电炉荒煤气回收利用系统，其特征在于：所述煤气加压风机（6）为变频风机，所述变频风机的频率根据设置在富锰渣电炉（1）上的气压表读数的变化而变。
5.根据权利要求4所述的富锰渣电炉荒煤气回收利用系统，其特征在于：所述第二冷却器（5）将烟气的温度冷却至150℃～250℃之间。
6.根据权利要求5所述的富锰渣电炉荒煤气回收利用系统，其特征在于：所述集灰装置上设置有防止CO泄露的氮气保护装置。
7.根据权利要求6所述的富锰渣电炉荒煤气回收利用系统，其特征在于：所述富锰渣电炉（1）与第一冷却器（3）之间的管路上设置有用于在线分析荒煤气中氧含量和氢含量的煤气在线分析仪（13），所述煤气在线分析仪（13）当分析到荒煤气中氧含量为1.5%时发出警报，当分析到荒煤气中氧含量大于2%时或当分析到荒煤气中氢含量达到8%时控制设备停车。
8.根据权利要求7所述的富锰渣电炉荒煤气回收利用系统，其特征在于：所述水冷烟管（2）的烟气出口管上设置有温度测量仪表，所述温度测量仪表通过传感器控制冷却装置。
9.根据权利要求1所述的富锰渣电炉荒煤气回收利用系统的回收荒煤气工艺，其特征在于，按以下步骤执行：
第一步：将富锰渣电炉（1）排出的荒煤气，经水冷烟管（2）降温处理后，通入第一冷却器（3）进一步降温；
第二步：将所述第一步中第一冷却器（3）降温后的荒煤气通入水冷旋风器（4）；
第三步：通入所述第二步水冷旋风器（4）中的荒煤气，首先依靠重力除尘，将荒煤气中粒度100微米以上的大颗粒烟尘沉降到集尘箱（12）中，再将水冷旋风器（4）中除尘后的荒煤气通入到第二冷却器（5）中；
第四步：第二冷却器（5）将通入其内的荒煤气冷却至150℃～250℃之间，从工艺上杜绝了温度过低析出焦油或温度过高烧坏设备。
第五步：从第二冷却器（5）出来的荒煤气由变频控制的煤气加压风机（6）直接引入回转窑（7）使用。
10.根据权利要求9所述的富锰渣电炉荒煤气回收利用系统的回收荒煤气工艺，其特征在于，从所述富锰渣电炉（1）排出的烟气温度为300℃～600℃。
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